CN101639891A - 一种双摄像头人脸识别装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双摄像头人脸识别装置，包括：第一摄像头，设置在人脸前面用于采集人脸图像；第二摄像头，设置在人脸前面且不同于第一摄像头的位置上，用于采集人脸图像；人脸识别处理单元，用于接收并识别由第一摄像头所采集的人脸图像，并获得所述第一候选集合，以及用于接收并识别由所述第二摄像头所采集的人脸图像，并获得所述第二候选集合，所述人脸识别处理单元还用于在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果。

Description

一种双摄像头人脸识别装置和方法
技术领域
本发明涉及生物特征识别领域，特别涉及一种人脸识别装置和方法，尤其涉及一种双摄像头人脸识别装置和方法。
背景技术
生物特征识别技术被列为21世纪对人类社会带来革命性影响的十大技术之一。生物特征识别技术是目前最为方便、安全的身份识别技术，生物特征识别技术识别的是人本身，不需要人身之外的标识物。生物特征识别技术利用人的生理特征和行为特征进行身份识别，主要有指纹识别、人脸识别、虹膜识别、步态识别等。其中，人脸识别是当前生物特征识别领域的一大热点。它与目前广泛应用的指纹识别技术相比，有着直观性、方便性、非接触性、友好性、用户接受度高等显著优点。
现有的人脸识别技术，分为二维人脸识别和三维人脸识别。三维人脸识别是基于三维人脸图像的，但一直存在采集***复杂、人脸重建算法复杂等缺点，例如公开号为“CN 1595280A”的发明专利“旋转平台上的三维人脸重建***”，以及公告号为“CN 1315092C”的发明专利“基于极光谱图像的三维人脸识别方法”。目前三维人脸识别价格昂贵，应用非常少，局限性太大。二维人脸识别是基于人脸单个平面图像的，一般通过一个摄像头采集人脸平面图像，然后进行人脸检测、人眼定位和特征提取，再与模板库进行比对，最后做出识别判别。但是实际上通过一个摄像头采集的单个人脸平面图像的识别率受到环境光线、采集角度、姿态、表情等因素的影响。因此识别率受到很大局限。提高现有二维人脸识别技术的识别性能，是当前一个迫切需要解决的问题。
发明内容
为解决上述问题本发明的一个或多个实施例提出了一种双摄像头人脸识别装置和方法，可显著提高目前二维人脸识别的识别性能。
根据本发明的一个方面，提供一种双摄像头人脸识别装置，包括：第一摄像头，设置在人脸前面用于采集人脸图像；第二摄像头，设置在人脸前面且不同于第一摄像头的位置上，用于采集人脸图像；人脸识别处理单元，用于接收并识别由第一摄像头所采集的人脸图像，并获得第一候选集合，以及用于接收并识别由第二摄像头所采集的人脸图像，并获得第二候选集合，所述人脸识别处理单元还用于在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果。
此外，所述人脸识别装置还包括：红外固定主动光源，设置在所述第一摄像头和第二摄像头的后面作为采集人脸图像的光源。
作为本发明的一个实例，所述识别装置还包括红外透射滤光装置，设置在所述第一摄像头前，用于滤除可见光采集黑白人脸图像；以及红外截止滤光装置，设置在所述第二摄像头前，用于滤除红外光采集彩色人脸图像。优选地，所述人脸识别装置还包括显示单元，用于接收并显示由所述第二摄像头采集的彩色人脸图像。作为本发明的实例，所述识别装置还包括红外透射滤光装置，分别设置在所述第一和第二摄像头前，用于滤除可见光采集黑白人脸图像。
根据本发明的第一实施例，所述人脸识别处理单元计算所述第一候选集合和所述第二候选集合中属于同一个候选对象的相似度加和；判定所述相似度加和中的最大值是否大于预定阈值；当所述最大值大于预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
根据本发明的第二实施例，所述人脸识别处理单元判定所述第一候选集合和所述第二候选集合中全部候选对象的相似度中的最大值是否大于预定阈值；当所述最大值大于预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
根据本发明的第三实施例，所述人脸识别处理单元选取所述第一候选集合中相似度大于第一预定阈值的候选对象以及选取所述第二候选集合中相似度大于第二预定阈值的候选对象作为第三候选集合；计算所述第三候选集合中属于同一个候选对象的相似度加和；以及判定所述相似度加和中的最大值是否大于第三预定阈值；当所述最大值大于所述第三预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
根据本发明的另一个方面，提供一种双摄像头人脸识别方法，包括如下步骤：由第一摄像头采集人脸图像；由设置在不同于第一摄像头的位置上的第二摄像头采集人脸图像；识别所述第一摄像头所采集的人脸图像，并获得所述第一候选集合，以及识别由所述第二摄像头所采集的人脸图像，并获得所述第二候选集合；在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果。
此外，所述人脸识别方法还包括：为第一摄像头和第二摄像头提供红外固定主动光源作为采集人脸图像的光源。作为本发明的一个实例，所述由第一摄像头采集人脸图像的步骤还包括：通过设置在第一摄像头前的红外透射滤光装置滤除可见光，采集黑白人脸图像。以及所述由设置在不同于第一摄像头的位置上的第二摄像头采集人脸图像的步骤包括：通过设置在第二摄像头前的红外截止滤光装置滤除红外光，采集彩色人脸图像。优选地，所述方法还包括在显示单元上显示所述第二摄像头采集的彩色人脸图像。作为本发明的另一实例，所述由第一摄像头采集人脸图像以及由设置在不同于第一摄像头的位置上的第二摄像头采集人脸图像步骤包括：通过分别设置在第一和第二摄像头前的红外透射滤光装置滤除可见光，采集黑白人脸图像。
根据本发明的第一实施例，在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果的步骤包括：计算所述第一候选集合和所述第二候选集合中属于同一个候选对象的相似度加和；判定所述相似度加和中的最大值是否大于预定阈值；当所述最大值大于所述预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
根据本发明的第二实施例，在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果的步骤包括：判定所述第一候选集合和所述第二候选集合中全部候选对象的相似度中的最大值是否大于预定阈值；当所述最大值大于所述预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
根据本发明的第三实施例，在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果的步骤包括：选取所述第一候选集合中相似度大于第一预定阈值的候选对象以及选取所述第二候选集合中相似度大于第二预定阈值的候选对象作为第三候选集合；计算所述第三候选集合中属于同一个候选对象的相似度加和；以及判定所述相似度加和中的最大值是否大于第三预定阈值；当所述最大值大于所述第三预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
本发明的人脸识别装置和方法，在现有普遍采用的单个摄像头进行人脸采集的基础上，采用了双摄像头进行人脸采集和人脸识别，根据预定的规则对两个候选集合进行选取。本发明简单易行并且可以显著提高目前二维人脸识别的识别性能。此外，根据本发明的人脸识别装置可以在显示单元上显示彩色人脸图像，给用户带来良好的使用感受。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图描述本发明的具体实施方式，附图中相同的参考标记代表相似的含义，其中：
图1是根据本发明的实施例的双摄像头人脸识别装置的示意图；
图2是根据本发明的实施例的采用红外固定主动光源的双摄像头人脸识别装置的示意图；
图3是根据本发明的第一实施例的双摄像头人脸识别方法的流程图；
图4是根据本发明的第二实施例的双摄像头人脸识别方法的流程图；
图5是根据本发明的第三实施例的双摄像头人脸识别方法的流程图。
具体实施方式
图1为根据本发明的实施例的双摄像头人脸识别装置的示意图。摄像头1和摄像头2被分别放置在适于采集人脸的图像的不同位置上用于采集人脸图像。例如，可以在水平方向上间隔一定距离放置，或者在垂直方向上间隔一定距离设置，也可以根据放置条件、美观、隐蔽性等因素，将摄像头放置在其他便于采集人脸图像的位置上。优选地可以将它们放置在同一高度上，并相距一定的间隔，例如10cm。摄像头1和2分别与人脸识别处理单元101采用电气连接，用于向人脸识别处理单元101进行信号传送。人脸识别处理单元101可以采用PC平台或者嵌入式平台，例如DSP、ARM等。人站在摄像头1和摄像头2前面的一定范围内，由摄像头1和摄像头2分别捕获人脸图像，并将人脸图像传输到人脸识别处理单元101中。人脸识别处理单元101利用两个摄像头分别捕获的图像信息分别进行人脸识别处理以增强普通二维人脸识别***对光线、姿态和表情的适应能力。
为了增强本发明的人脸识别装置对光线的适应能力，可以为本发明的人脸识别装置提供主动光源。图2为根据本发明另一实施例的双摄像头人脸识别装置的示意图。在该实施例中采用了红外固定主动光源作为人脸图像的捕获光源，以便增强普通二维人脸识别装置对光线的适应能力。在本实施例的双摄像头人脸识别装置中，红外固定主动光源由分布均匀的多个红外发光二极管组成，中心波长为700-2000nm，优选为850nm，所述光源可以设置在摄像头1、2的后面。应该知道，只要能够起到相同的作用，可以采用除本实施例之外的其它各种光源。
应该知道两个摄像头采集的可以是相同性质的人脸图像，例如在两个摄像头前均设置红外透射滤光装置，用于滤除可见光采集黑白人脸图像，或者在两个摄像头前均设置红外截止滤光装置，用于滤除红外光采集彩色人脸图像。然而，为了提高识别率，可以令两个摄像头采集不同性质的人脸图像。例如，一个摄像头采集黑白图像，另一个摄像头采集彩色图像。为了使摄像头镜头不受环境光线影响，优选地，可以在其中一个摄像头的镜头前安装具有滤除可见光、通过红外光功能的红外透射滤光片，或者直接在镜头上镀敷滤光膜，从而直接捕获黑白灰度图像。并且为了使摄像头镜头不受红外光线影响，优选地，可以在另外一个摄像头的镜头前安装具有滤除红外光、通过可见光功能的红外截止滤光片，或者直接在镜头上镀敷滤光膜，捕获彩色图像。摄像头的图像传感器可以采用CMOS或者CCD。当然，本发明不局限于上述实施例的限制，本领域的技术人员可以根据各种需要对摄像头所采集的图像性质进行各种设置和变化，也可以为了采集特定性质的图像而附加额外的装置，这些均不脱离本发明的保护范围。
此外，为了在采集黑白人脸图像的同时，给用户带来良好的使用感受，本发明的人脸识别装置还可以包括显示单元(未示出)，当所述第一摄像头和第二摄像头之一采集彩色人脸图像时，用于接收并显示该摄像头采集的彩色人脸图像。
图3为根据本发明的第一实施例的双摄像头人脸识别方法的流程图。在步骤301、302摄像头1和2分别开始进行人脸识别，在步骤303和304由摄像头1、2分别采集人脸图像。由人脸识别处理单元101在步骤305、306分别对两个摄像头采集的人脸图像进行识别，得到两组人脸识别候选集合A、B，以及候选集合A、B中每个候选对象所对应的相似度。假设集合A、B中的候选对象个数分别为m、n，在步骤307中计算两组候选集合A、B中属于同一个候选对象所对应的相似度的加和，然后对相加求和之后的相似度按降序排列，即得到候选对象的相似度综合排序。在步骤308中，判定在相似度综合排序中排在最前面的求和结果，即相似度加和的最大值是否大于预定阈值。当所述最大值大于预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果，如步骤309所示。
其中，在步骤305和306中人脸识别处理单元101可以根据各种识别算法进行人脸识别。此外，所述预定阈值是根据相似度的取值和识别率等多种因素，反复测试之后得到的经验值。
图4为根据本发明的第二实施例的双摄像头人脸识别方法的流程图。在步骤401、402摄像头1和2分别开始进行人脸识别，在步骤403和404由摄像头1、2分别采集人脸图像。由人脸识别处理单元101在步骤405、406分别对两个摄像头采集的人脸图像进行识别，得到两组人脸识别候选集合A、B，以及候选集合A、B中每个候选对象所对应的相似度。假设集合A、B中的候选对象个数分别为m、n，在步骤407中，判定候选集合A和候选集合B中全部m+n个候选对象的相似度中的最大值是否大于预定阈值。当所述最大值大于预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果，如步骤408所示。
图5为根据本发明的第三实施例的双摄像头人脸识别方法的流程图。在根据本实施例的双摄像头人脸识别方法中，人脸识别处理单元101首先筛选候选集合A、B中相似度较大的候选对象进行保留，而后再根据预定的规则从保留的候选对象中选取候选对象作为最终识别结果。在步骤501、502摄像头1和2分别开始进行人脸识别，在步骤503和504由摄像头1、2分别采集人脸图像。由人脸识别处理单元101在步骤505、506分别对两个摄像头采集的人脸图像进行识别，得到两组人脸识别候选集合A、B，以及候选集合A、B中每个候选对象所对应的相似度。假设集合A、B中的候选对象个数分别为m、n，在步骤507中选取候选集合A中相似度大于第一预定阈值的候选对象以及选取候选集合B中相似度大于第二预定阈值的候选对象作为新的候选集合C。假设从集合A中选取的候选对象为m1个，且m1≤m，从集合集合B中选取的候选对象为n1个，且n1≤n。在步骤508，将候选集合C的m1+n1个候选对象中属于同一个候选对象所对应的相似度相加求和，然后对相加求和之后的相似度按降序排列，即得到候选对象的相似度综合排序。在步骤509中，判定所述相似度综合排序中的最大值，即相似度加和的最大值是否大于第三预定阈值。在步骤510中，当所述最大值大于第三预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。其中，在步骤507和509中，所述第一、第二和第三预定阈值是根据相似度的取值和识别率等多种因素，反复测试之后得到的经验值。根据摄像头所采集的图像性质的不同，所述第一预定阈值可以等于第二预定阈值，当然它们也可以是不同的值。
本发明在现有普遍采用的单摄像头人脸识别装置的基础上，提出了一种双摄像头人脸识别装置，可以显著提高目前二维人脸识别的识别性能。此外，现有的人脸识别***为了减少环境光线对识别操作的影响，一般采集黑白人脸图像进行显示和识别，但是显示黑白图像给用户带来的使用感受不好，因此，如何能够在采集黑白人脸图像的同时，给用户带来良好的使用感受，也是本发明带来的有益效果之一。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，还可以做出各种改进、替换和变化。这些改进、替换和变化在不脱离由附随的权利要求及其等同技术的范围的前提下，也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种双摄像头人脸识别装置，其特征在于，所述人脸识别装置包括：
第一摄像头，设置在人脸前面用于采集人脸图像；
第二摄像头，设置在人脸前面且不同于第一摄像头的位置上，用于采集人脸图像；
人脸识别处理单元，用于接收并识别由所述第一摄像头所采集的人脸图像，并获得第一候选集合，以及用于接收并识别由所述第二摄像头所采集的人脸图像，并获得第二候选集合，所述人脸识别处理单元还用于在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果。
2.根据权利要求1所述的双摄像头人脸识别装置，其特征在于，所述识别装置还包括：
红外透射滤光装置，设置在所述第一摄像头前，用于滤除可见光采集黑白人脸图像；
红外截止滤光装置，设置在所述第二摄像头前，用于滤除红外光采集彩色人脸图像。
3.根据权利要求2所述的双摄像头人脸识别装置，其特征在于，所述人脸识别装置还包括：
显示单元，用于接收并显示由所述第二摄像头采集的彩色人脸图像。
4.根据权利要求1所述的双摄像头人脸识别装置，其特征在于，所述识别装置还包括：
红外透射滤光装置，分别设置在所述第一和第二摄像头前，用于滤除可见光采集黑白人脸图像。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的双摄像头人脸识别装置，其特征在于，所述人脸识别处理单元用于：
计算所述第一候选集合和所述第二候选集合中属于同一个候选对象的相似度加和；
判定所述相似度加和中的最大值是否大于预定阈值；
当所述最大值大于预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的双摄像头人脸识别装置，其特征在于，所述人脸识别处理单元用于：
判定所述第一候选集合和所述第二候选集合中全部候选对象的相似度中的最大值是否大于预定阈值；
当所述最大值大于预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的双摄像头人脸识别装置，其特征在于，所述人脸识别处理单元用于：
选取所述第一候选集合中相似度大于第一预定阈值的候选对象以及选取所述第二候选集合中相似度大于第二预定阈值的候选对象作为第三候选集合；
计算所述第三候选集合中属于同一个候选对象的相似度加和；以及
判定所述相似度加和中的最大值是否大于第三预定阈值；
当所述最大值大于所述第三预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的双摄像头人脸识别装置，其特征在于，所述人脸识别装置还包括：
红外固定主动光源，设置在所述第一摄像头和所述第二摄像头的后面作为采集人脸图像的光源。
9.一种双摄像头人脸识别方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
由第一摄像头采集人脸图像；
由设置在不同于所述第一摄像头的位置上的第二摄像头采集人脸图像；
识别所述第一摄像头所采集的人脸图像，并获得第一候选集合，以及识别由所述第二摄像头所采集的人脸图像，并获得第二候选集合；
在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果。
10.根据权利要求9所述的双摄像头人脸识别方法，其特征在于，所述由第一摄像头采集人脸图像的步骤包括：
通过设置在所述第一摄像头前的红外透射滤光装置滤除可见光，采集黑白人脸图像；以及
所述由设置在不同于第一摄像头的位置上的第二摄像头采集人脸图像的步骤包括：
通过设置在所述第二摄像头前的红外截止滤光装置滤除红外光，采集彩色人脸图像。
11.根据权利要求10所述的双摄像头人脸识别方法，其特征在于，所述方法还包括：
在显示单元上显示所述第二摄像头采集的彩色人脸图像。
12.根据权利要求9所述的双摄像头人脸识别方法，其特征在于，所述由第一摄像头采集人脸图像以及由设置在不同于第一摄像头的位置上的第二摄像头采集人脸图像步骤包括：
通过分别设置在所述第一和第二摄像头前的红外透射滤光装置滤除可见光，采集黑白人脸图像。
13.根据权利要求9-12中任意一项所述的双摄像头人脸识别方法，其特征在于，在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果的步骤包括：
计算所述第一候选集合和所述第二候选集合中属于同一个候选对象的相似度加和；
判定所述相似度加和中的最大值是否大于预定阈值；
当所述最大值大于预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
14.根据权利要求9-12中任意一项所述的双摄像头人脸识别方法，其特征在于，在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果的步骤包括：
判定所述第一候选集合和所述第二候选集合中全部候选对象的相似度中的最大值是否大于预定阈值；
当所述最大值大于预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
15.根据权利要求9-12中任意一项所述的双摄像头人脸识别方法，其特征在于，在所述第一候选集合和所述第二候选集合中选取相似度符合预定规则的候选对象作为最终识别结果的步骤包括：
选取所述第一候选集合中相似度大于第一预定阈值的候选对象以及选取所述第二候选集合中相似度大于第二预定阈值的候选对象作为第三候选集合；
计算所述第三候选集合中属于同一个候选对象的相似度加和；以及
判定所述相似度加和中的最大值是否大于第三预定阈值；
当所述最大值大于所述第三预定阈值时，选取该最大值所对应的候选对象作为最终识别结果。
16.根据权利要求9-12中任意一项所述的双摄像头人脸识别方法，其特征在于，所述方法还包括：
为第一摄像头和第二摄像头提供红外固定主动光源作为采集人脸图像的光源。
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